热学：

穆良柱，北京大学物理学院教授。1996年本科入学北京大学物理系，2005年博士毕业留校任教。从事普通物理教育多年，提出ETA物理认知模型，并以此指导教学实践，改革教学内容与教学方法，教学效果突出，2016年被评为北京大学靠前教师，2019年被评为北京市高等学校青年教学名师，2020年获得北京大学教学很好奖。主要研究方向包括物理认知规律、原子核结构、量子纠缠等。

讲 热学简介

 1.1 什么是热

 1.2 热学的研究对象

 1.3 热力学与统计物理学

 思考题

 习题

 第二讲 温度

 2.1 状态参量

 2.2 摄氏温标

 2.3 理想气体温标

 2.4 开尔文温标

 2.5 热力学第零定律

 思考题

 习题

 第三讲 状态方程

 3.1 理想气体的状态方程

 3.2 范氏气体的状态方程

 3.3 纯物质系统的状态方程

 3.4 状态方程举例

 思考题

 习题

 第四讲 物质的微观图像

 4.1 布朗运动

 4.2 物质是由原子构成的

 4.3 分子间存在相互作用

 4.4 分子在做无规则热运动

 4.5 气、液、固三态

 思考题

 习题

 第五讲 微观初级理论

 5.1 概率统计简介

 5.2 理想气体压强的微观统计解释

 5.3 理想气体温度的微观统计解释

 5.4 范德瓦耳斯修正量的微观解释

 思考题

 习题

 第六讲 麦克斯韦速度分布律

 6.1 麦克斯韦速度分布律

 6.2 斯特恩实验

 思考题

 习题

 第七讲 麦克斯韦-玻尔兹曼分布与能量均分定理

 7.1 玻尔兹曼密度分布律

 7.2 麦克斯韦-玻尔兹曼分布

 7.3 等容热容检验

 思考题

 习题

 第八讲 麦克斯韦-玻尔兹曼分布的经典版本

 8.1 相空间中的统计分布

 8.2 二项分布

 8.3 麦克斯韦玻尔兹曼分布是最概然分布

 思考题

 习题

 第九讲 麦克斯韦-玻尔兹曼分布的量子版本

 9.1 分子的量子力学描述

 9.2 量子版本的麦克斯韦玻尔兹曼分布

 9.3 平动自由度的热容

 9.4 转动自由度的热容

 9.5 振动自由度的热容

 思考题

 习题

 第十讲 费米-狄拉克分布与玻色-爱因斯坦分布

 10.1 金属热容

 10.2 费米-狄拉克分布

 10.3 黑体辐射谱

 10.4 玻色-爱因斯坦分布

 10.5 非简并条件

 思考题

 习题

 第十一讲 气体分子动理论

 11.1 气体分子的扩散

 11.2 气体分子间的碰撞

 11.3 玻尔兹曼微分积分方程

 11.4 细致平衡原理

 11.5 麦克斯韦速度分布律

 儿.6 日定理

 思考题

 习题

 第十二讲 非平衡态的输运过程

 12.1 牛顿黏性定律

 12.2 傅里叶热传导定律

 12.3 菲克扩散定律

 12.4 昂萨格倒易关系

 12.5 耗散结构

 思考题

 习题

 第十三讲 热力学定律

 13.1 准静态过程与可逆过程

 13.2 做功与热传递

 13.3 内能与热力学定律

 13.4 内能的计算

 13.5 理想气体的内能

 思考题

 习题

 第十四讲 热力学定律的应用

 14.1 多方过程

 14.2 绝热大气模型

 14.3 空气中的声速

 14.4 循环过程

 思考题

 习题

 第十五讲 卡诺定理与热力学第二定律

 15.1 卡诺热机

 15.2 卡诺定理

 15.3 卡诺循环

 15.4 热力学第二定律的克劳修斯表述

 15.5 热力学第二定律的开尔文表述

 思考题

 习题

 第十六讲 热力学第二定律的数学表述

 16.1 克劳修斯不等式

 16.2 克劳修斯不等式的证明

 16.3 克劳修斯熵

 16.4 热力学第二定律的熵表述

 16.5 熵的计算与热力学第三定律

 思考题

 习题

 第十七讲 热力学第二定律的应用与讨论

 17.1 温熵图

 17.2 利用卡诺循环推导内能的全微分

 17.3 不同条件下的应用

 17.4 对热力学第二定律的各种质疑

 思考题

 习题

 第十八讲 热力学基本微分方程

 18.1 实验认知的积累

 18.2 热力学模型

 18.3 公理的选择

 18.4 热力学基本微分方程

 18.5 特性函数

 18.6 麦克斯韦关系

 18.7 态函数

 18.8 热容的性质

 思考题

 习题

 第十九讲 热力学理论的应用

 19.1 理想气体

 19.2 范氏气体

 19.3 顺磁介质

 19.4 橡皮筋的热力学

 思考题

 习题

 第二十讲 相变现象

 20.1 相变现象

 20.2 相变规律

 20.3 开放系统的热力学

 20.4 平衡态的熵判据

 20.5 克拉珀龙方程

 思考题

 习题

 第二十一讲 范氏气体与气液相变

 21.1 等温压缩曲线

 21.2 麦克斯韦等面积法则

 21.3 范氏气体模型的严格解

 21.4 相变点

 思考题

 习题

 第二十二讲 临界现象

 22.1 临界现象

 22.2 临界指数

 22.3 范氏气体模型

 22.4 朗道连续相变理论

 22.5 标度律和普适性

 思考题

 习题

 第二十三讲 化学反应热力学初步

 23.1 化学反应

 23.2 热力学第三定律与标准摩尔熵

 23.3 生成焓与标准摩尔焓

 23.4 混合理想气体

 23.5 化学反应的热力学解释

 思考题

 习题

 第二十四讲 光子气

 24.1 黑体辐射

 24.2 热力学理论

 24.3 电磁波模型

 24.4 普朗克能量子假说

 24.5 光子气模型

 24.6 宇宙微波背景辐射

 思考题

 习题

 参考文献

 索引

本书采用了穆良柱教授的ETA物理认知模型写就，在讲述一般热学知识的同时，不断通过启发式的探讨帮助读者构建科学认知方法，这些方法不但适用于热学学习，对于将来从事各行各业的工作都会很有帮助。

热学的研究对象是微观粒子的无规则热运动，与之相关的热现象丰富多彩，对人类的认知提出了巨大挑战，本书讲述的就是物理学家对热现象的认知故事。热学的构建过程充分展示了科学认知令人惊叹的威力，以及科学家精湛的认知技巧和积极乐观、愈挫愈勇的探索精神，正是对热现象构建的科学认知推动人类文明进入了工业化时代。
 本书尝试用这样成功的案例来帮助读者构建科学认知、训练科学方法、养成科学精神，希望对科学文化在中国的普及起到推动作用。这个故事将从最简单的研究对象——处于平衡态的理想气体开始，再将科学认知能力不断迁移到更复杂的研究对象上，如处于线性非平衡态的理想气体、热力学过程、相变现象、化学反应、黑体辐射等，同时系统化地从宏观角度构建热力学理论，从微观角度构建初步的统计物理理论。
 本书是高等学校物理专业普通物理“热学”课程教材，也可供其他理工科专业师生参考，尤其适合学有余力的特别很好的中学生自学。